Основы теплопередачи (Михеев М.А.) (1013624), страница 15
Текст из файла (страница 15)
ткплоотдлчл пги своводном движении (г. з Рг — критерий Прандтля, — „1 ), — коэффициент теплопроводности, кнал)м час'С; М вЂ” температурный напор, 1 — г7, 'С; ч — коэффициент кинематической вязкости, и",свк; с — определяющий линейный размер, м или млс. Значения коэффициентов А для воздуха и воды приведены в табл. 6 и 7. Таблица 6 Значения для Ан А, и Аа для воздуха зо 1О1 0,25 0,26 0,27 1,22 1,14 1,09 А1 А, Аз 0,30 0,95 0,85 0,2Э 1,05 0,97 0,32 0„85 0,70 0,35 0,70 0,48 1,45 1,27 1,14 Таблица 7 Значение Ав А, и Аз для воды то 40 са 1ао ао 8,0 60 88 А1 Ат Аз 11,3 96 170 13,5 128 250 15,1 153 312 16,3 176 366 17,2 18,7 195 235 414 522 19,4 262 614 Затем находим значения физических параметров (из табл.
35) н кри. териев подобии: =0,0263 ккал(мчассС;ч =2,37 1О а м11сек; Рг =0,72; 3 агаиат 1 (0,1)з.9,81 ° 140 бг = — = — — ' — ' ° 10м =6,58 10а; тв 373 (2,37)т (бг Рг) = 6,58 1Оа 0,72 =4,74 10з. Из табл. 5 определяем, что с= 0,54 и ^=1/4. Пример 11. Определить потерю тепла в час вертикальным голым паропроводом диаметром б = 100 мм н высотой а = 4 м, если температура стенки т,„ = 170'С, а температура среды (воздуха) т = 30'С. Сначала определяем значение расчетной температуры 1 170+ 30 тм 2 (С с+ ГС) 2 100 С 13) твплООтдАчА В ОГРАиичкином ИРОстглнствк 83 Подставляя зги значения в уравнение (1), получаем: А!и =054 (6г Рг)'~~=054 (474!Оа)'И=252, откуда А'и а = = " ' =- 6,63 клал!мг час еС.
и 0,1 Если же расчет вести по упрощенной формуле (4), то имеем: ! 140!!И А!=1,09 и а=1,09 ~ — ) =6,64 ккал/мт час'С. ~0,17' Искомая потеря тепла: !',)= и Р (С, — ту) = б 64 3,14.0,1 4.140 = 1 170 акал)час. 13. ТЕПЛООТДАЧА В ОГРАНИЧЕННОМ ПРОСТРАНСТВЕ Выше на стр. 76 было сказано, что при естественной конвекции в малом (ограниченном и замкнутом) пространстве явления нагревания и охлаждения жидкости разделить не- !)' 7Г ВОЗМОЖНО; ПОЭТОМУ 1, х ( ! а ' +- весь процесс необходимо рассматривать в целом.
Вследствие ограниченности про- с„ странства и наличия чч) г восходящих и нис- ',-.' /,с-) ' ~ '! хрдящих потоков ! !! 1 ( ' ' )) ! жидкости условия движения, а следова- ',-Т~, тельно, и теплоотдачи здесь сильно ус- иг с с) ложняются; они они с аг ределяются как физическими свойства- мг иг МИ ЖИДКОСТИ И ИН с, тенсивностью процесса, так и формой ', ( )1,1 1 и размерами пространства. В вертикальных фнг. 32 Характер естественной пнркуляпии каналах и щелях В жидкости в ограниченном замкнутом прозависимости от их странстве.
толщины о циркуляция жидкости может протекать двояко. Если 3 достаточно велико, то восходящий и нисходящий потоки протекают без взаимных помех (фиг. 32,а) и имеют такой же характер, как и вдоль вертикальной поверхности в неограниченном пространстве. Если же 3 мало, то вследствие взаимных помех б* тсплоотдлчА пги свозодном движении [Гл. 3 возникают внутренние циркуляционные контуры (фиг. 32, б), высотаЬкоторых определяется шириною щели, родом жидкости и интенсивностью процесса. В горизонтальных щелях процесс определяется взаимным расположением нагретых и холодных поверхностей и расстоянием между ними. Если нагретая поверхность расположена сверху, то циркуляция совсем отсутствует (фиг.
32, в). Если же нагретая поверхность расположена снизу, то имеются и восходящие и нисходящие потоки, которые между собой чередуются (фиг. 32, г). В шаровых и горизонтальных цилиндрических прослойках в зависимости от их толщины (или соотношения диаметров) циркуляция жидкости протекает по схемам фиг. 32, д и е. Необходимо обратить внимание, что здесь циркуляция развивается лишь в зоне, лежащей выше нижней кромки нагретой поверхности. Ниже этой кромки жидкость остается в покое. Если же нагретой является внешняя цилиндрическая поверхность, то циркуляция жидкости протекает по схеме фиг. 32, эк и охватывает все пространство, расположенное ниже верхней кромки холодной поверхности.
Из приведенных данных следует, что в замкнутом ограниченном пространстве условия протекания явлений значительно сложнее, чем в неограниченном. В этих условиях установить правильную закономерность изменения коэффициента теплоотдачи отдельно для нагревания и охлаждения жидкости с учетом особенностей ее циркуляции практически невозможно. Поэтому ради упрощения обработки опытных данных и облегчения расчета такой сложный процесс теплообмена принято рассматривать как элементарное явление передачи тепла путем теплопроводности, вводя при этом понятие эквивалентного коэффициента теплонроводности ~„. Введение понятия эквивалентного коэффициента теплопроводносТи дает большое облегчение, ибо избавляет от необходимости определения значений а, и ам Значения же ~,„ находят непосредственно из опыта.
Если значение эквивалентного коэффициента теплопроводности разделить на значение нормального коэффициента теплопроводности той же среды при ее средней температуре, то получим новую величину в„, которая характеризует собой влияние конвекции: (6) Величине в, присвоено название коэффициента конвекции; размерность его нулевая. Так как циркуляция жидкости обусловлена разностью плотностей нагретых и холодных частиц и определяется кри- 85 (8) Снижение интенсивности теплопередачи при больших значениях аргумента следует объяснить взаимной помехой в движении поднимающихся (нагретых) и опускающихся (охлажденных) струек жидкости (см.
фиг. 32). В приближенных расчетах вместо двух уравнений (7) и (8) для всей области значений аргументов (ОгРг)у) 10а можно применять следующую зависимость|: а„=О,\ 8(бгРг)о'за, (9) которую можно привести к следующему виду: а =Ао)Г~'~~ =АоЗ "Г— ()юг) а аа где Аз=0,18 „. Здесь р 11" С; д лс/сек' ч ма)еек и 6 лс терием бг Рт, то и а, должно быть функцией того 'же аргумента, т. е. а«=УЯт Рг) (а) Именно в такой зависимости на фиг. ЗЗ представлены все имеющиеся в литературе опытные данные по теплопередаче через прослойки — Бояриицева (71, Муль| — 'Рейера, Дэвиса, Бекмана, Крауссольда и др.
При вычислении критериев подобия независимо от формы прослойки за определяющий размер принята ее толщина о, а за определяющую температуру — средняя температура жидкости 1 =0,5(1 и+(„, ). Несмотря на условность такой обработки и явной недостаточности определяющих параметров, в выбранной системе координат все опытные точки для плоских (вертикальных и горизонтальных), цилиндрических и шаровых прослоек довольно хорошо укладываются на одну общую кривую. При малых значениях аргумента (СгтРт) С1 000 (или )п(ОгРг)(3] значение функции а,=1(!на,=О). Это означает, что при малых значениях (()гРт) теплопередача от горячей стенки к холодной в прослойках обусловливается только теплопроводностью жидкости.
При значении 10 ((ОтРт) <, 10а е„= О, 105(ОтРг) „' (7) и при 1Оам (бтРг) «..1О'о а, = 0,40(бгРг)" '. 1 Если при расчете по формулам (9) и (!О) получается, что а„(1, то ато означает, что Ог Рг«1 10а и, следовательно, ь=!. ~Гх З ТЕПЛООТДЛИА ПРИ СВОБОДНОМ ДВИЖЕНИИ э х $ о х о о о, ~х о х х о 2 о о х о + О, Я О й 14) ТКПЛООТДАЧА В!ТРУБАХ И КАНАЛАХ 87 а Для воздуха и воды значения Ао приведены в табл. 8 и 9.
Таблица 8 Значения Аа для воздуха и с ! о ! Бо ! Кю ! зю ! асо ! ию А~ ! 20,0 ! 16,0 ! 13,7 ! 10,5 ! 8,5 ! б,! Таблица 9 Значения Аа для воды с ! 0 ! 20 ! 40 ! 00 ! ао ! 400 ! 1ьэ ! Зю Аа ! 41 ! 64 ! 78 ! 91 ! 102 ! 112 ! 134 ! 153 Пример 12. Определить эквивалентный коэффицнект теплопроводности плоской воздуганой прослойки а = 25 мм. Температура горячей поверхности 1,4 = 100 С и холодной т „, = 50'С, те 4+ те" 150+ 50 17 — 2 — 2 — 100 С, 51=!и ! т 2 — !50 — 50=100"С, 1à —— 0,0264 икал/м час 'С, ту — — 2,38.10-4 ма)сек и Рту — 0,72, экзаат 9,81 (0,025)а 100 У вЂ” „э = 373.566.10-40 (От Рг)Г 7,25 104 0,72=5,22 104 и (Сгт.Рг)уц 4,'=15,5, ач=0,18 (Ог Рт)ем=0,18 15,5=279, 1 „=4„1=2,79 0,0264=0,0737 икал/м час С, д= ' ат= ' .100=295 ккал(мачас.
3 0,025 ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ВЫНУЖДЕННОМ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ 14. ТЕПЛООТДАЧА ПРИ ДВИЖЕНИИ ЖИДКОСТИ В ТРУБАХ И КАНАЛАХ При вынужденном движении жидкости явление теплоотдачи в основном определяется условиями движения. Подробно эти условия рассматриваются в курсе гидромеханики. Поэтому здесь мы лишь напомним те из них, которые в процессе теплоотдачи имеют наиболее важное значение. 1.
Условия движения. Вынужденное движение создается внешними возбудителями — насосами н вентиляторами. По 88 ткплоотдачл пги вынкн<дкнном дни>кении [г характеру движения жидкости различают два режима -е ламинарный и турбулентный. Первый получается при малых скоростях движения, второй при больших. Переход из ламинарного режима в турбулентный происходит сразу, как только скорость достигает своего критического значения. Для различных жидкостей и трубопроводов критическая скорость различна.
О. Рейнольдс установил, что при движении жидкости в трубах переход из ламинарного режима в турбулентный Фиг. 34. Распределение скоростей по сечению при ламинарном (и) и турбулентном (б) режимах движения жидкости в трубе. текр = 2 200', (а) Между ламинарным и турбулентным движением помимо качественного имеется и количественное различие. Оно заключается в закономерностях изменения скорости по поперечному сечению трубы. При ламинарном режиме скорость изменяется по закону параболы (фиг. 34,а); (Ь) здесь тео — скорость на оси трубы; те — скорость на расстоянии у от оси трубы; г — радиус трубы. На оси трубы скорость максимальна, а у стенки она равна нулю. а тел твб обусловливается значением комплекса — =- —, составлена т ногоиз скорости тп, диаметра трубы а, плотности р и вязкости р жидкости.
Этот комплекс называют числом Рейнольдса и обозначают символом все. Если тсе (2 200, то движение жидкости в трубах имеет ламинарный характер, если же )се)2200 — турбулентный. Таким образом, Яе = 2200 является критическим значением числа Рейнольдса. Последнее позволяет определить критическую скорость для любого случая движения — любой жидкости и любого диаметра трубы, а именно: 14) ТЕПЛООТДАЧА В ТРУБАХ И КАНАЛАХ 89 ) г т, — -у- ~~ теаУ= — м/сек, 1 (с) где те — средняя скорость, м/сек; ~г — секундный объем жидкости, ж'/сек; У вЂ” поперечное сечение трубы, мв. Следовательно, под средней скоростью следует понимать скорость, полученную в результате деления секундного объема жидкости на площадь поперечного сечения трубы. Ъ йг 1~ ее Фиг. 35. — =Яйе) ири движении жидкости в трубе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
